بررسی تجربی اثر زنجیرافزای پنتان‌دی‌ال بر خواص مکانیکی اسفنج‌های پلی‌یورتان برپایه MDI

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی مکانیک، صندوق پستی 146-14115

چکیده

فرضیه: مواد و سازه‌­های جاذب انرژی در حفاظت از جان انسان­‌ها کاربردهای زیادی دارند، از این‌رو، علاقه‌­مندی به کشف مواد جدید کاربردی در این زمینه افزایش یافته است. اسفنج‌های پلی‌یورتان در انواع جاذب‌های انرژی استفاده می‌شوند. در این مطالعه، خواص مکانیکی اسفنج پلی‌یورتان بر پایه متیلن دی‌فنیل دی‌ایزوسیانات (MDI) تقویت‌شده با زنجیرافزای پنتان‌دی‌ال بررسی شده است.
روش‌ها: اسفنج‌ها با روش اختلاط مستقیم واکنش‌دهنده‌ها تهیه شده و برای بررسی خواص فشاری و کششی، نمونه‌های استاندارد تهیه شدند. نمونه‌ها با افزودن دو مقدار 5 و %10 پنتان دی‌ال به ترکیب ثابت پلی‌یورتان ساخته شدند. سپس، آزمون‌های فشار و کشش شبه‌ایستا انجام و نتایج گزارش شده است. ریزساختار اسفنج با میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) بررسی شد.
یافته‌ها: مقایسه نتایج نشان داد، با وجود تقویت استحکام فشاری اسفنج‌های پلی‌یورتان با افزودن برخی از سایر زنجیرافزاها، خواص فشاری اسفنج‌های پلی‌یورتان بررسی‌شده در پژوهش پیش رو، شامل استحکام و انرژی جذب‌شده با افزدونی پنتان‌دی‌ال تغییر محسوسی نکرد. اما مدول کشسانی و مدول ناحیه‌ نیرو ثابت (ناحیه مسطح) آن به‌شدت افزایش یافت. انرژی ویژه جذب‌شده اسفنج نیز با افزودن 5 و %10پنتان‌دی‌ال به‌ترتیب 11.7 و %12.6افزایش یافت. نتایج آزمون‌های کشش نیز حساسیت شدیدی نسبت به افزودن پنتان‌دی‌ال نشان داد. به‌طوری که با افزودن %10 پنتان‌دی‌ال، استحکام، کرنش شکست و چقرمگی اسفنج به ترتیب 37.9، 57.1 و %137.5 زیاد شد. مدول کشسانی کششی نمونه‌ها نیز با افزودن %10 پنتان‌دی‌ال، %6.9 افزایش یافت. همچنین نتایج نشان داد، ماده با افزودن 5،1-پنتان‌دی‌ال سلول‌های کوچک‌تر و ساختار یکنواخت‌تری نشان داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Study on the Effect of Pentanediol as a Chain Extender on the Mechanical Properties of MDI Polyurethane Foams

نویسندگان [English]

  • Iman Nateghi-Boroujeni
  • Gholamhossein Liaghat
  • Hamed Ahmadi
Faculty of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, P.O. Box 14115-146, Tehran, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Energy-absorbing materials and structures have many uses, especially in protecting human lives. As a result, interest in discovering the applied new materials have increased. Polyurethane foams are used in a variety of energy absorbers. In this study, the mechanical properties of a pentanediol-reinforced methylene diphenyl diiscocyanate (MDI) polyurethane foam have been investigated.
Methods: Foams were prepared by direct mixing of the reactants. Standard samples have been developed to study the compressive and tensile properties. The specimens were made by adding 5 and 10% pentanediol to a same polyurethane compound. Quasi-static strength and compression tests have been performed and the results have been reported. The microstructure of the foam has been investigated using scanning electron microscopy (SEM).
Findings: Comparison of the results showed that, despite the strengthening of the compressive strength of the polyurethane foams by adding some other chain-extenders, the compressive properties of polyurethane foams, including the strength and absorbed energy with the pentanediol as an additive, are not significantly altered, but the elastic modulus and plateau modulus increased significantly. The specific absorbed energy of foam is also increased by adding 5 and 10 percent pentanediol to 11.7% and 12.6%, respectively. The results of tensile tests also showed a high sensitivity to the addition of pentanediol. With addition of 10% pentanediol, strength, fracture strain and foam toughness increased by 37.9%, 57.1% and 137.5%, respectively. The elastic modulus of the tensile samples was also increased by 6.9% in adding 10% pentanediol. Also, the results showed that the substance exhibited smaller cells and a more uniform structure by adding 1,5-pentane diol.

کلیدواژه‌ها [English]

  • polyurethane foam
  • mechanical properties
  • quasi-static
  • pentanediol chain-extender
  1. Chian K. and Gan L., Development of Rigid Polyurethane Foam from Palm Oil, J. Appl. Polym. Sci., 68, 509-515, 1998.
  2. Niknezhad A., Elahi S.A., and Liaghat G.H., Experimental Investigation on the Lateral Compression in the Foam-Filled Circular Tubes, Mater. Des., 36, 24-34, 2012.
  3. Rezaei B., Niknezad A., Assaee H., and Liaghat G.H., Axial Splitting of Empty and Foam-Filled Circular Composite Tubes-An Experimental Study, Arch. Civil Mech. Eng., 15, 650-662, 2015.
  4. Cao X., Lee L. J., Widya T., and Macosko C., Polyurethane/Clay Nanocomposites Foams: Processing, Structure and Properties, Polymer, 46, 775-783, 2005.
  5. Bernal M.M., Molenberg I., Estravis S., Rodriguez-Perez M.A., Huynen I., Lopez-Manchado M.A., and Verdejo R., Comparing the Effect of Carbon-Based Nanofillers on the Physical Properties of Flexible Polyurethane Foams,        J. Mater. Sci., 47, 5673-5679, 2012.
  6. Prociaka A., Kurańskaa M., Cabulisb U., Ryszkowskac J., Leszczyńskac M., Urama K., and Kirpluksb M., Effect of Bio-Polyols with Different Chemical Structures on Foaming of Polyurethane Systems and Foam Properties, Ind. Crops Prod., 120, 262-270, 2018.
  7. Liu L. and Wang Z., High Performance Nano-Zinc Amino-Tris-(methylenephosphonate) in Rigid Polyurethane Foam with Improved Mechanical Strength, Thermal Stability and Flame Retardancy, Polym. Degrad. Stab., 154, 62-72, 2018.
  8. Członkaa S., Bertinob M.F., and Strzeleca K., Rigid Polyurethane Foams Reinforced with Industrial Potato Protein, Polym. Test., 68, 135-145, 2018.
  9. Murata D., Nakajima T., Tsuzaki N., Yasuda M., and Kato T., Synthesis and Hydrolysis Resistance of Polyurethane Derived from 2,4-Diethyl-1.5-Pentandiol, Polym. Degrad. Stab., 61, 527-534, 1998.
  10. Rashmi B.J., Rusu D., Prashantha K., Lacrampe M.F., and Krawczak P., Development of Water-Blown Bio-Based Thermoplastic Polyurethane Foams Using Bio-Derived Chain Extender, J. Appl. Polym. Sci., 128, 292-303, 2012.
  11. Mariappan T., Khastgir D., Singha N., Manjunath B.S., and Naik Y.P., Mechanical, Morphological and Thermal Properties of Rigid Polyurethane Foam: Effect of Chain Extender, Polyol and Blowing Agent, Cell. Polym., 28, 145-158, 2009.
  12. Torres N., Robin J.J., and Boutevin B., Chemical Modification of Virgin and Recycled Poly(ethylene terephthalate) by Adding of Chain Extenders During Processing, J. Appl. Polym. Sci., 79, 1816-1824, 2001.
  13. Kairyte A., Vaitkus S., and Balciunas G., The Impact of Chain Extender on the Properties of Polyurethane Foam Based on Rapeseed Oil Polyol Obtained Via Chemo-Enzymatic Route, Eng. Struct. Technol., 8, 101-107, 2016.
  14. Standard Test Method for Compressive Properties of Rigid Cellular Plastics, Annual Book of ASTM Standard, ASTM D1621, 2010.
  15. International Standard Test Method for Rigid Cellular Plastics-Determination of Tensile Properties,  ISO 1926, 4 th ed., 2009.
  16. Standard Test Method for Apparent Density of Rigid Cellular Plastics, Annual Book of ASTM Standard, ASTM D1622, 2013.
  17. Meyers M.A., Mishra A., and Benson D.J., Mechanical Properties of Nanocrystalline Materials, Prog. Mater. Sci., 51, 427-556, 2006.